JPS5864799A - 放電灯点装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯に高圧パルスを印加して、始動点灯させ
る放電灯点灯装置に関するものであり、特に、４１、予
熱始動形放電灯の無接点始動装置において、放電灯の陰
極物質消失時またはそれと同等の動作状態を呈したとき
にトランジスタスイッチ回路の動作を停止または減退さ
せることにより、トランジスタの自己損失による熱破壊
を防ぐことを目的とする。

従来、放電灯の無接点始動装置を備えた点灯装置として
、たとえば第１図に示す構成のものが知られている。

第１図において、１は交流電源、２は電源スィッチ、３
は誘導性安定器、４は予熱始動形放電灯（以下、単に放
電灯と称す）　ｓ　、ｓ　ｌ　”はフィラメント電極、
６は非直線性誘電体素子、７はダイオード８と双方向性
二端子サイリスタ（以下単にＳＳＳと称す）９とからな
る半導体スイッチ、１゜はトランジスタ、１１は抵抗器
である。

この点灯装置において、電源スィッチ２が投入されると
、第２図ａに破線で示す波形の交流電圧ｖＳが誘導性安
定器３を介して放電灯４のフィラメント電極６，６′間
に印加される。このとき、交流電源１の端子ａが正の半
サイクルであると、ダイオード８の順方向に電圧が印加
されるので、５ＳＳ９の端子電圧の瞬時値が、５ＳＳ９
のブレークオーバー電圧未満では５８５９はオフ状態で
あるが、端子電圧がブレークオーバー電圧を越えると、
第２図ａに示すように、θ４で急激にオンとなり、第２
図すに示す予熱電流ＩＰＩ（が、交流電源１−電源端子
ａ−電源スイッチ２−誘導性安定器３−フィラメント電
極６−ダイオード８→５Ｓ８９−フィラメント電極５′
−電源端子す一交流電源１の経路を流れる。この予熱電
流ＩＰＨは、安定器が誘導性安定器３のだめ遅相電流と
なり、次の半サイクルまで流れ続ける。やがて予熱電流
ＩＰＨが低下しｉ　ｓ　ｓ　Ｓ　９の保持電流未満にな
ると、第２図ａ、ｂに示すようにθ５で５ｓｓ９はオフ
となる。この半サイクルでは電源端子ａが負であるので
、ダイオード８に阻止され、８８８９はオンとならない
ので、電源電圧は非直線性誘電体素子６に印加される。

このだめ、非直線性誘電体素子６の充電電流ＩＮＬＣが
交流電源１−電源端子ｂ−フィラメント電極６′−非直
線性誘電体素子６−トランジスタ１ｏのベース−トラン
ジスタ１ｏのエミッターフィラメント電極６−誘導性安
定器３−電源スイッチ２−電源端子ａ−交流電源１の経
路を流れ、非直線性誘電体素子６が充電される。このと
きトランジスタ１ｏのベースからそのエミッタへ充電電
流ＩＮＬＣが流れるので、トランジスタ１゜はペースに
流れ込むベース電流ＩＢに応じた導通状態になり、トラ
ンジスタ１ｏの電流増幅率ｈＦＥ倍だけのコレクタ電流
Ｉｃをトランジスタ１ｏのコレクタからそのエミッタへ
流すことが可能となる。そのだめ、コレクタ電流Ｉｃが
交流電源１−電源端子ｂ−フィラメント電極６′−トラ
ンジスタ１ｏのコレクタートランジスタ１０のエミッタ
ーフィラメント電極６−誘導性安定器３−電源スイッチ
２−電源端子ａ−交流電源１の経路を流れる。

このコレクタ電流Ｉｃの大きさは前記経路の等個直列イ
ンピーダンスによって制限されるが、電流増幅、率ｈＦ
Ｅのために少なくとも充電電流ＩＮＬＣよりは大きな値
になる。非直線性誘電体素子６は電圧Ｖと電荷Ｑとの関
係が第３図に示すような可飽和特性を有している。その
ため、非直線性誘電体素子６の特性を電源電圧波高値以
下で可飽和領域に入るようにすることにより、第２図Ｃ
に示すごとく非直線性誘電体素子６に流れる充電電流Ｉ
ＮＬＣは急減する。充電電流ＩＮＬＣとコレクタ電流Ｉ
ｃとは同一方向であって加算されて誘導性安定器３を流
れているので、両者の電流が急減することにより、誘導
性安定器３の両端に高電圧パルスが誘起され放電灯４の
フィラメント電極６，６′間に第２図ａのランプ電圧ｖ
ｌａにおけるＶＦ６に示す高圧パルスが印加される。パ
ルス発生後は、８８Ｓ９が再びオンとなるまで放電灯４
のフィラメント電極６，６′間には電源電圧Ｖ９が印加
される。さらに、パルス発生後、次のサイクルまでの間
に非直線性誘電体素子６の蓄積電荷は抵抗器１１を介し
て放電され、次の半サイクルになってから５ＳＳ９が再
びオンとなるまでは交流電源１により誘導性安定器３と
抵抗器１１を介して非直線性誘電体素子６は充電される
。８８８９がオンとなると、非直線性１体素子６の電荷
の一部は、非直線性誘電体素子６−ダイオード８．８８
Ｓ９−非直線性誘電体素子６の経路で放電され、８８８
９がオフとなることから始まるパルス発生動作の前の状
態へ再びもどる。

以上のごとく、放電灯４は予熱されるとともに、高圧パ
ルスを印加され、これらの状態は放電灯が点灯するまで
続く。放電灯４は前記予熱電流ＩＰＨによりフィラメン
ト電極６，５′が加熱されるとともに、フィラメント電
極６，５′間にＶｐなる高圧パルスが印加されることに
より放電を開始する。

ここでフィラメント電極６．６′は、表面の仕事関数を
、Ｊ〜さくして、電子を出やすくシ、放電開始電圧を下
げる電子放射物質が塗布されている。しかし、この電子
放射物質は放電灯点灯中に陰極から徐々に飛散して行く
。そしてフィラメント電極５．６′のいずれか一方の極
で、この電子放射物質が消耗したときに放電灯４は点灯
不能になる。これで、放電灯４は点灯しないので電源ス
ィッチ２がオフとなればよいのであるが、通常は放電灯
４が交換されるまでの間室源スイッチ２がオン状態のま
ま放置されるおそれがある。その際、この点灯装置は最
初の電源スィッチ２の投入直後の状態を続ける。すなわ
ち、この点灯装置は放電灯を予熱するとともに高圧パル
スを印加し続けることになる。

この場合、問題となるのは高圧パルスを印加する際にト
ランジスタ１０が導通状態から電流遮断状態へ移る際に
電力損失を生じ、これが毎サイクル繰り返されてトラン
ジスタ１０が発熱することである。この電力損失が大き
いとトランジスタ１゜の温度は異常に上昇し、最後には
熱破壊してしまう。

本発明は、このような欠点を除去するだめのもので、放
電灯の電極の電子放射物質が消耗し、連続して高圧パル
スを発生するような場合、あるいはそれと同様の状態に
なった場合に、トランジスタの動作を小さくするか、ま
たは、停止させて電力損失を少なくシ、熱的破壊が起こ
らないようにするものである。

本発明は、放電灯と並列にトランジスタスイッチ回路を
接続するとともに、前記トランジスタスイッチ回路のト
ランジスタのベース電流を供給するようにトランジスタ
のコレクタＱベース間に並列に非直線性誘電体素子を接
続した放電灯点灯装置において、前記非直線性誘電体素
子と前記トランジスタとを熱抵抗の小さい物質を介して
接続し、トランジスタで発生した熱を、前記非直線性誘
電体素子へ導くことを特徴とする。

第１図の従来例において、放電灯４に印加される高圧パ
ルス電圧と非直線性誘電体素子６の温度との関係は第４
図に示すとおりである。すなわち、非直線性誘電体素子
６の温度が上昇して、温度ｔ２１ｏ、− を超えると、高圧パルス電圧はほとんど発生しなくなる
。これは、非直線性誘電体素子６が強誘電体から構成さ
れており、強誘電体の特性として温度ｔ２（強誘電的キ
ュリ一温度）以上で結晶構造が変わり、自発分極しなく
なって常誘電体となるためである。

第６図に非直線性誘電体素子６の蓄積電荷量Ｑ−印加電
圧Ｖのヒステリシス曲線の温度変化を示す。トランジス
タ１０のベース電流を供給する非直線性１体素子６が温
度上昇して行くと、非直線性誘電体素子６のヒステリシ
ス曲線は図のムからＢのようになり、蓄積電荷量がゆる
やかに変化するようになる。そして、強誘電的キュリ一
温度ｔ２を超えると、ヒステリシス曲線はＣのようにな
り、普通のコンデンサと同じく印加電圧Ｖと蓄積電荷量
Ｑはほぼ比例するようになり、かつ動作電圧ｖ１での蓄
積電荷量Ｑも減少する。

第６図のヒステリシス曲線ムにおいて、パルス発生動作
は（ア）＝（イ）−（つ）−（１）の順に進み、特に（
イ）＝（つ）間において非直線性誘電体素子６は急激に
放充電される。それが電流ＩＮＬＣであり、トランジス
タ１０のベース電流となる。したがって、トラン、ジス
タ１０にはＩＮＬＣに応じだコレクタ電流が流れる。次
に（つ）においてその電流が急激に遮断され、それによ
り高圧パルスが発生する。

しかし、非直線性誘電体素子６が温度上昇し、ヒステリ
シス曲線がムからＢを経てＣのようになると、パルス発
生動作時において（ア）′から（１）′へ進む際、非直
線性誘電体素子６は前記ヒステリシス曲線ムの（イ）＝
（つ）間に比べてゆるやかに充電され、かつ動作電圧ｖ
１での蓄積電荷量も少な七なるので、充電電流ＩＮＬＣ
は小さくなり、急激に遮断されることもなく、その流れ
る期間も短くなる。そして、充電電流ＩＮＬＣがトラン
ジスタ１゜のペース電流となるので、トランジスタ１ｏ
のコレクタ電流も！ＮＬＣに応じて小さく、短期間しか
流れなくなるか、または、まったく流れなくなる。

すなわち、非直線性誘電体素子６を温度上昇させ、強誘
電的キュリ一温度ｔ２に近づけ、まだは、そり以上にす
ることにより、第１図の回路においてトランジスタ１ｏ
の動作を小さく、短時間に抑える、または動作しないよ
うにすることができる。

本発明は非直線性誘電体素子の以上の性質を利用したも
のであり、以下本発明の詳細を第６図に示す一実施例に
もとづいて説明する。なお第６図において、第１図と同
一の部分については、同一の符号を付している。

第６図において、１は交流電源、２は電源スィッチ、３
は誘導性安定器、４は予熱始動形放電灯（以下単に放電
灯と称す）　、５２Ｌ　、　６ａｒはフィラメント電極
、６は非直線性誘電体素子、７はダイオード８よ一双方
向性二端子サイリスタ（以下、単にＳＳＳと称す）９と
からなる半導体スイッチ、１０はトランジスタ、１１は
抵抗器、１２は非直線性誘電体素子６とトランジスタ１
０とを熱的に接続する熱抵抗の小さい物質である。

この実施例の動作を散切する。電源スイツチ２９投入後
しばらくの間、放電灯４が予熱されるとともに、高圧パ
ルスを印加される動作状況は、第１図に示した従来例の
それと全く同じであり、動１３　。

作波形は第２図に示す波形と同様である。ここでフィラ
メント電極５　Ｎ　、　５ａ’は電子放射物質がすでに
消耗してしまっていると、放電灯４は点灯せず、前記動
作状態が繰り返さ煽ことになる。このとき、高圧パルス
印加サイクル時（第２図のθ５〜θ６）において、電源
電圧が非直線性誘電体素子６に印加され、非直線性誘電
体素子６の充電電流ＩＮＬＣが、交流電源１−電源端子
ｂ−フィラメント電極６２Ｌ′−非直線性誘電体素子６
−トランジスタ１０のベース−トランジスタ１ｏのエミ
ッターフィラメント電極６ａ−誘導性安定器３−電源ス
イッチ２−電源端子ａ−交流電源１の経路を流れ、非直
線性誘電体素子６が充電される。このとき、電源投入直
後では、動作点が第５図のヒステリシス曲線ムの（ア）
から（つ）へと変化する。同時にトランジスタには増幅
されたコレクタ電流が流れる。そして、非直線性誘電体
素子のＶ（印加電圧）−Ｑ（蓄積電荷）特性が、第６図
のヒステリシス曲線ムに示すごとく、（つ）点で充電電
流’！ＮＬＣが急減して高圧パルス電圧が発生する。そ
１４、 の際トランジスタ１ｏではコレクタ電流Ｉｃが減少しつ
つ高圧パルス電圧がトランジスタ１０のエミッタ・コレ
クタ間に発生し、スイッチング損失が発生する。そして
、第６図の回路では、放電灯４が点灯しないので以上の
動作が繰り返されることになり、上記スイッチング損失
によってトランジスタ１０は発熱し、温度が上昇して行
く。しかし、第６図の回路では、トランジスタ１０と非
直線性誘電体素子６は、熱抵抗の小さい物質１２により
熱的に結合されており、トランジスタ１ｏで発生した熱
は、非直線性誘電体素子６に伝わり、非直線性誘電体素
子６の温度は上昇し、熱結合状態がよい場合には、トラ
ンジスタ１ｏとほぼ同じ温度にまでなる。ここで、非直
線性誘電体素子６の強誘電的キュリ一温度ｔ２をトラン
ジスタ１゜が絶対最大定格接合部温度になったときの非
直線性誘電体素子６の温度よりも低くなるよう設定して
おく。このようにすると、トランジスタ１０が温度上昇
し、トランジスタ１ｏの温度がトランジスタ１０の絶対
最大定格接合部温度を超えてトラ１６ ンジスタ１０が熱破壊する前に、非直線性誘電体素子６
の強誘電的キュリ一温度ｔ２に達するようになる。その
ため、非直線性誘電体素子６は本来の強誘電性を失い、
常誘電体となり、トランジスタ１０の動作は小さく短期
間になり、スイッチング損失も減少する。または、トラ
ンジスタ１ｏの・動作が停止し、トランジスタ１０の損
失がなくなる。このようになると、トランジスタ１ｏの
温度はこれ以上は上昇しなくなり、トランジスタ１０の
熱破壊が防止される。また、その際、高圧パルス電圧は
発生しなくなるかまたは減少するので、誘導性安定器３
や半導体素子に対する性能劣化や、他への悪影響を防ぐ
ことにもなる。ここでは、非直線性誘電体素子６の強誘
電的キュリ一温度ｔ２を上記のように設定したが、実際
には、非直線性誘電体素子６の温度が上昇すると第４図
にあるように、強誘電的キュリ一温度ｔ２よりも少し低
い温度ｔ１でも、特性が変化し強誘電性が弱まり、その
後も徐々に強誘電性が失なわれて行く。その、ためｓ　
　”ＮＬＣも温度上昇につれて徐々に小さく、その流れ
る期間も短くなって行く。そのだめ、強誘電的キュリ一
温度ｔ２に達する前に、トランジスタ１ｏの動作が小さ
くなってスイッチング損失が減少し、非直線性誘電体素
子６の動作とある温度ｔ３で平衡状態となる。この場合
、この温度ｔ３がトランジスタ１ｏの絶対最大定格を超
えないように、非直線性誘電体素子６の強誘電的キュＩ
Ｊ一温度ｔ２を設定しておけばよい。

また、非直線性誘電体素子６の特性として、温度が下が
るにつれて少しづつ静電容量が減少すること、および低
温時の結露などにより、発生する高圧パルス電圧が少し
低下する場合が発生する。

このとき、第６図に示す構成とすることにより、非直線
性誘電体素子６をトランジスタ１０で発生する熱により
温めて、非直線性誘電体素子６の温度を急速に上昇させ
て、低温時でもより高い高圧パルス電圧を発生させ、放
電灯４をすばやく点灯させることができるという効果が
ある。

次に非直線性誘電体素子６とトランジスタ１゜とを熱抵
抗の小さい物質１２を介して熱的に接続７− するための実装方法の一例を第７図ムの平面図および同
図Ｂの一部断面側面図に示す。ここで、１０はトランジ
スタ、６は非直線性誘電体素子、１２は熱抵抗の小さな
物質である。ここで、熱抵抗の小さい物質１２は、非直
線性誘電体素子６およびトランジスタ１０の接合面の小
さい方の片側表面の大部分まだはそれ以上の部分を覆っ
ている。こうすることにより、トランジスタ１０で発生
した熱は熱抵抗の小さな物質１２により効率よく非直線
性誘電体素子に伝達される。このだめ、非直線性誘電体
素子６の温度はより早くトランジスタ１゜の温度に追従
するようになり、より安全にトランジスタ１０の熱的破
壊を防止することができる。

次に他の実装方法の他の例を第８図の一部断面側面図に
示す。ここで、非直線性誘電体素子６は電極２０．２０
’　および非直線性誘電体素子２１から構成される。第
８図では、電極２０’上に接着性絶縁物層２２を置き、
その上に、熱伝導率の大きい金属板２３を置き、さらに
その上にトランジスタ１６を置く。一般に、非直線性誘
電体素子ｅとずれないように接着されることが望ましく
、さらに両者はそれぞれ絶縁されていることが車重しい
。

しかし、一般に、接着剤および絶縁物は熱伝導率が悪く
、熱抵抗を小さくするために薄くすると、トランジスタ
１０の真下のみに熱が伝わり、他の部分へは熱が伝わり
にくくなる。そこで、第８図に示すごとく、トランジス
タ１ｏと絶縁性接着剤層２２の間に金属などの熱伝導率
のよい物質２３を置いた多層構造とすれば、矢印で示す
ごとく、トランジスタ１０の真下以外の所へも熱がよく
伝わるようにできる。そうすることにより、熱抵抗を大
きくすることなく、非直線性誘電体素子６のより大きな
面に均一に熱を伝えることができ、非直線性誘電体素子
の性能や寿命の劣化なくトランジスタ１０を熱的に保護
することができる。その際、非直線性誘電体素子６もし
くはトランジスタ１０、まだはその両方ともがあらかじ
め絶縁性物質層で覆われているか、または両者の中間に
絶縁憎！層がある構造であってもよい。また、前記熱伝
導率のよい物質２３として、トランジスタの放熱板を兼
用してもよい。また、非直線性誘電体素子６とトランジ
スタ１０が実装上ずれないようにリード線または他部品
等により固定されている場合には、前記接着性絶縁物２
２は接着性のないものであってもよい。また、非直線性
誘電体素子６とトランジスタ１０が実装上ずれないよう
に他部品等により固定され、かつ、熱がよく伝わるよう
に配置される場合には、前記熱抵抗の小さい物質はなく
てもよい。

以上のように、本発明の放電灯点灯装置においては、放
電灯と並列にトランジスタスイッチ回路が接続され、こ
の回路のトランジスタとそのベースバイアス回路の構成
要素である非直線性誘電体素子とを熱的に接続している
ので、次のような効果を有する。

（１）放電灯電極の電子放射物質が消耗してなくなった
場合などのように、放電灯点灯装置が動作し続ける場合
に、放電灯点灯装置のトランジスタが熱的破壊するのを
防ぐことができる。

（２）放電灯電極の電子放射物質が消耗してなくなった
場合などのように、放電灯点灯装置が動作し続ける場合
に、高圧パルス電圧を停止または減少させ、高圧パルス
電圧による他部品および他機器への悪影響を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は放電灯点灯装置の従来例の回路図、第２図はそ
の動作波形図、第３図は非直線性誘電体素子の特性曲線
例図、第４図は非直線性誘電体素子の温度特性図、第５
図は非直線性誘電体素子の特性曲線の温度特性図である
。第６図は本発明の放電灯点灯装置の一実施例の回路図
、第７図ムはその実装例の平面図、同図Ｂはその一部断
面側面図、第８図は他の実装例を示す一部断面側面図で
ある。 １・・・・・・交流電源、３・・・・・・誘導性安定器
、４・・・・・・予熱始動形放電灯、６・・・・・・非
直線性誘電体素子、γ・・・・・・半導体スイッチ、１
０，１０′・・・・・・トランジスタ、１１・・・・・
・抵抗、１２・・・・・・熱抵抗の小さい物質、２０　
、２０’・・・・・・電極、２１・・・・・・非直線性
誘電１一 体、２２・・・・・・電気絶縁性接着剤層、２３・・・
・・・熱伝導率のよい物質。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１多部　
１　図 第２図 第３図 α 第４図 −Ｉｔ”　連ま階に４り巨１プ萱電イ１ｈう昌ム３、刀
司°（、。。 第５図 α

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源に誘導性安定器を介して予熱始動形放電
   灯を接続するとともに、前記予熱始動形放電灯と並列に
   トランジスタスイッチ回路を接続し、さらに前記トラン
   ジスタスイッチ回路のトランジスタとそのベースバイア
   ス回路の構成要素である非直線性誘電体素子とを熱的に
   接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. （２）トランジスタおよび非直線性誘電体素子が熱平衡
   状態にあるとき、前記トランジスタの接合部温度が前記
   トランジスタの絶対最大定格接合部温度を超えないよう
   に前記非直線性誘電体素子の強誘電的キュリ一温度が設
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の放電灯点灯装置。
3. （３）非直線性誘電体素子とトランジスタとの熱的な接
   続が熱抵抗の小さい物質を介してなされて２、− いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放電
   灯点灯装置。
4. （４）熱抵抗の小さい物質が非直線性誘電体素子とトラ
   ンジスタとの間に介在していることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の放電灯点灯装置。
5. （５）熱抵抗の小さい物質が電気的絶縁性を有している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項記
   載の放電灯点灯装置。
6. （６）熱抵抗の小さい物質が２種類以上の層から構成さ
   れ、うち少なくとも１層が電気的絶縁性を有し、他層の
   うち少なくとも１層が熱伝導率の高い物質で構成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項または第４
   項記載の放電灯点灯装置。
7. （７）トランジスタのパッケージの少なくとも一部分が
   電気的絶縁物で覆われており、トランジスタの電気的絶
   縁物と非直線性誘電体素子とを熱抵抗の小さい物質を介
   して熱的に接続したこと　゛を特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の放電灯点灯装置。
8. （８）熱抵抗の小さい物質が、接着性を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項または第４項記載の放電
   灯点灯装置。